子母穿梭车密集仓储系统复合作业三维路径规划方法技术方案

本发明专利技术公开了子母穿梭车密集仓储系统复合作业三维路径规划方法，步骤1：双目标复合作业三维路径优化模型建立：步骤2：建立适应度函数：步骤3：基于布谷鸟算法局部搜索的混合智能水滴算法迭代寻最优路径：步骤4：运用混合智能水滴算法求得最优的水滴路径，解码可得综合最优的复合作业三维路径。为提高子母穿梭车密集仓储系统运作效率，对系统的复合作业三维路径规划问题进行研究，能够有效的降低复合作业设备的碳排放成本，优化三维空间路径，提高出入库效率。

Three dimensional path planning method of complex operation in the dense storage system of the shuttle

【技术实现步骤摘要】
子母穿梭车密集仓储系统复合作业三维路径规划方法
本专利技术涉及一种子母穿梭车密集仓储系统复合作业三维路径规划方法。
技术介绍
密集仓储系统因其自动化程度高、存储率高、占地面积小和空间利用率高等优点，正在成为仓储系统建设的主要趋势。子母穿梭车(穿梭车集合穿梭板)型密集式仓储系统是一种典型的密集式仓储系统。与传统自动化立体仓库相比，能节省50％—60％的空间，但作业效率比自动化立体仓库低，因此该系统运营效率如何提升就成为关键问题。要提高该系统的运营效率，除了需要研究设备选型及货位分配方面问题外，还要研究子母穿梭车出入库作业的路径优化设计问题。子母穿梭车在执行货物出入库存取任务时，货物存取的方式通常有单一作业方式和复合作业方式两种：(1)单一作业方式是指子母穿梭车完成单一的出库或入库任务；(2)复合作业方式是指子母穿梭车执行完入库任务后马上执行出库任务，出库任务与入库任务交叉执行。相比于单一作业方式，复合作业的调度更具复杂性，解的搜索空间随着复合作业任务K的增加而增大，可能的路径数目K！。如何采取合适的复合作业调度策略，在提升子母穿梭车密集仓储系统效率的同时，又能有效的减少出入库设备的碳排放量，这很大程度上取决于复合作业三维路径是否合理。因此研究子母穿梭车密集仓储系统复合作业的三维路径规划方法，如何减少碳排放、提高系统效率成为一个科学问题。对于自动化立体仓库中出入库设备的复合作业路径优化问题，目前的研究多是以设备运行路径最短或时间最短为目标建立模型。分析轨道导引小车系统复合作业任务队列特征，建立了运行时间最短的数学模型，并用改进量子微粒群算法加以优化；对堆垛机和RGV配置比为1:2的密集仓储系统进行研究，考虑了设备在执行复合作业任务过程中的加速度，建立了以设备运行时间最短为目标的复合作业调度优化模型，并利用混合ACO算法进行优化求解；针对多RGV和多提升机的AVS/RS系统的复合作业调度问题进行研究，建立了以设备完成任务路径最短为目标的数学模型；针对双载式多层穿梭车仓储系统复合作路径优化问题，建立了以最小作业时间为目标的复合作业路径优化模型，在求解该模型时，运用了混合植物繁殖算法，实例证明，该算法能有效的减少复合作业调度时间。对于路径优化中设备的碳排放问题，李进针对带时间窗的车辆路径问题，在模型中考虑了油耗、碳排放和旅行时间等因素，将车辆速度作为决策变量，建立了以综合成本最低为目标的混合整数规划模型，并提出了两阶段启发式算法对该模型进行求解；建立了一个考虑碳排放成本的冷链物流配送路径优化数学模型，采用蚁群启发式算法对该模型进行求解；Lerher等研究了小负荷的自动化立体仓库拣选路径规划问题，将拣选过程中出入库设备的能源消耗转化成碳排放量，建立了以设备最小碳排放为目标的能源效率模型，该模型能有效降低设备的能耗，从而降低二氧化碳的排放量；AliRoozbehNia限制了自动化立体仓库中所有设备的可用时间和允许产生的温室气体总排放量，在拣选路径的模型中考虑了碳排放的税收成本、惩罚成本和折扣成本，建立了以综合碳排放成本最低为目标的拣选路径优化模型，并用蚁群算法对该数学模型进行求解。综上所述，国外近几年的研究开始在自动化立体仓库出入库设备的路径规划上考虑碳排放因素，而国内对立体仓库复合作业三维路径的规划多是以出入库设备运行路径最短或时间最短为目标建立模型，对出入库设备运行过程中的碳排放因素研究未见相关文献，且模型中并未考虑设备满载与空载的速度差异。以上均没有见子母穿梭车系统的碳排化问题的研究。
技术实现思路
本专利技术要解决现有技术的上述缺点，提出子母穿梭车密集仓储系统复合作业三维路径规划方法。该方法在确保仓储系统出入库作业效率的同时，能够有效的减少出入库设备的碳排放，降低企业的碳排放成本。本专利技术考虑出入库设备空载与满载时的速度差别以及出入库设备在复合作业情况下设备的总碳排放量，建立时间与碳排放成本双目标最优的复合作业三维路径优化模型，采用模糊数学的方法对数学模型进行处理，将多目标问题转化为单目标问题，并运用混合的智能水滴算法求出该模型的最优解。本专利技术的技术方案为：子母穿梭车密集仓储系统复合作业三维路径规划方法，采用以下步骤：步骤1：双目标复合作业三维路径优化模型建立：包括如下步骤：步骤1.1：建立复合作业行程时间函数：子母穿梭车密集仓储系统中，出入库设备的复合作业行程时间包括穿梭母车作业时间、穿梭子车作业时间、母车车载输送机作业时间及提升机作业时间。因此可得出密集仓储系统进行第k次复合作业所用的行程时间为：Tk＝Tmk+Tsk+Tek+Tck(1)式中，Tmk表示第k次复合作业穿梭母车的作业时间；Tsk表示第k次复合作业穿梭子车的作业时间；Tek表示第k次复合作业提升机的作业时间；Tck表示第k次复合作业穿梭母车车载输送机的作业时间；步骤1.1.1：当系统执行复合作业时，需要考虑以下两种情况：(1)入库货位和出库货位在同一层时；(2)入库货位和出库货位在不同层时；数学模型可表示为：步骤1.1.2：同时，各出入库设备复合作业中，考虑设备的满载与空载的速度的差异，则各出入库设备作业时间为：Tck＝2(tc+tc')(6)式中：坐标(xi,yi,zi)表示第k次复合作业时入库货位的位置；坐标(xj,yj,zj)表示第k次复合作业时出库货位的位置；Vm,表示穿梭母车满载时的平均速度；Vm表示穿梭母车空载时的平均速度；Vs,表示穿梭子车满载时的平均速度；Vs表示穿梭子车空载时的平均速度；Ve表示提升机的平均速度；tc,表示穿梭母车车载输送机提取或卸载满载穿梭子车所需的平均作业时间；tc表示穿梭母车车载输送机提取或卸载空载穿梭子车所需的平均作业时间；步骤1.2：建立碳排放成本函数，当密集仓储系统的出入库设备执行第k次复合作业时，所有出入库设备的碳排放成本为：TCk＝TEk×Ce＝(PCk×fe)×Ce(7)PCk＝PCmk+PCsk+PCek+PCck(8)式中，TCk表示第k次复合作业所有出入库设备碳排放的总成本；TEk表示第k次复合作业所有出入库设备碳排放总量；Ce为设备生产1吨温室气体的单位税收成本；PCk表示第k次复合作业所有设备电能总消耗量；fe表示温室气体(GHG)转换系数，即以煤电为主的火力发电厂为例，生产1度电产生的二氧化碳量；步骤1.2.1：PCmk、PCsk、PCek以及PCck分别对应着第k次复合作业时穿梭母车、穿梭子车、提升机以及母车车载输送机等设备的电能消耗量；PCmk＝Pm×Tmk(9)PCsk＝Ps×Tsk(10)PCek＝Pe×Tek(11)PCck＝Pc×Tck(12)Pm、Ps、Pe、Pc分别对应着穿梭母车、穿梭子车、提升机及母车车载输送机等设备的功率；步骤1.3：模糊双目标优化：为保证密集仓储系统出入库效率的同时，减少设备的碳排放成本，建立了复合作业行程时间与碳排放成本的双本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.子母穿梭车密集仓储系统复合作业三维路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：双目标复合作业三维路径优化模型建立：/n步骤2：建立适应度函数：/n步骤3：基于布谷鸟算法局部搜索的混合智能水滴算法迭代寻最优路径：/n步骤4：运用混合智能水滴算法求得最优的水滴路径，解码可得综合最优的复合作业三维路径。/n

【技术特征摘要】
1.子母穿梭车密集仓储系统复合作业三维路径规划方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：双目标复合作业三维路径优化模型建立：
步骤2：建立适应度函数：
步骤3：基于布谷鸟算法局部搜索的混合智能水滴算法迭代寻最优路径：
步骤4：运用混合智能水滴算法求得最优的水滴路径，解码可得综合最优的复合作业三维路径。


2.根据权利要求1所述的子母穿梭车密集仓储系统复合作业三维路径规划方法，其特征在于，步骤1)具体包括如下步骤：
步骤1.1：建立复合作业行程时间函数，子母穿梭车密集仓储系统中，出入库设备的复合作业行程时间包括穿梭母车作业时间、穿梭子车作业时间、母车车载输送机作业时间及提升机作业时间，因此可得出密集仓储系统进行第k次复合作业所用的行程时间为：
Tk＝Tmk+Tsk+Tek+Tck(1)
式中，Tmk表示第k次复合作业穿梭母车的作业时间；Tsk表示第k次复合作业穿梭子车的作业时间；Tek表示第k次复合作业提升机的作业时间；Tck表示第k次复合作业穿梭母车车载输送机的作业时间；
步骤1.1.1：当系统执行复合作业时，需要考虑以下两种情况：1)入库货位和出库货位在同一层时；2)入库货位和出库货位在不同层时；
数学模型可表示为：



步骤1.1.2：同时，各出入库设备复合作业中，考虑设备的满载与空载的速度的差异，则各出入库设备作业时间为：









Tck＝2(tc+tc')(6)
式中：坐标(xi,yi,zi)表示第k次复合作业时入库货位的位置；坐标(xj,yj,zj)表示第k次复合作业时出库货位的位置；Vm,表示穿梭母车满载时的平均速度；Vm表示穿梭母车空载时的平均速度；Vs,表示穿梭子车满载时的平均速度；Vs表示穿梭子车空载时的平均速度；Ve表示提升机的平均速度；tc,表示穿梭母车车载输送机提取或卸载满载穿梭子车所需的平均作业时间；tc表示穿梭母车车载输送机提取或卸载空载穿梭子车所需的平均作业时间；
步骤1.2：建立碳排放成本函数：当密集仓储系统的出入库设备执行第k次复合作业时，所有出入库设备的碳排放成本为：
TCk＝TEk×Ce＝(PCk×fe)×Ce(7)
PCk＝PCmk+PCsk+PCek+PCck(8)
式中，TCk表示第k次复合作业所有出入库设备碳排放的总成本；TEk表示第k次复合作业所有出入库设备碳排放总量；Ce为设备生产1吨温室气体的单位税收成本；PCk表示第k次复合作业所有设备电能总消耗量；fe表示温室气体转换系数，即以煤电为主的火力发电厂为例，生产1度电产生的二氧化碳量；
步骤1.2.1：PCmk、PCsk、PCek以及PCck分别对应着第k次复合作业时穿梭母车、穿梭子车、提升机以及母车车载输送机设备的电能消耗量：
PCmk＝Pm×Tmk(9)
PCsk＝Ps×Tsk(10)
PCek＝Pe×Tek(11)
PCck＝Pc×Tck(12)
Pm、Ps、Pe、Pc分别对应着穿梭母车、穿梭子车、提升机及母车车载输送机设备的功率；
步骤1.3：模糊双目标优化：为保证密集仓储系统出入库效率的同时，减少设备的碳排放成本，建立了复合作业行程时间与碳排放成本的双目标优化模型，为获得双目标模型中的最优解，采用模糊解法来对双目标优化问题进行处理；
步骤1.3.1：以设备复合作业行程时间最低为目标进行求解，得到最低时间F1m，求得此时的碳排放成本为F2M；
步骤1.3.2：以碳排放成本最低为目标进行求解，得到最低碳排放成本为F2m，求得此时的行程时间为F1M；
步骤1.3.3：将目标函数值进行模糊化处理，建立由单目标函数值到隶属度的映射，隶属度函数采用按线性规划规则进行确定，则设备复合作业行程时间目标函数值的隶属度为：



碳排放成本目标函数值的隶属度为：



步骤1.3.4：综合两个目标函数隶属度为：
Fk＝min{μ(fk1),μ(fk2)}(15)；fk1表示设备复合作业行程时间、fk2表示碳排放成本。


3.根据权利要求1所述的子母穿梭车密集仓储系统复合作业三维路径规划方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁建厦，施贻贯，翟文倩，汤洪涛，詹燕，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33